RU2088942C1

RU2088942C1 - Pressure and temperature converter

Info

Publication number: RU2088942C1
Application number: RU95109249A
Authority: RU
Inventors: Г.Ю. Коловертнов; Ю.М. Абызгильдин; Ю.Д. Коловертнов; В.Н. Федоров
Original assignee: Уфимский государственный нефтяной технический университет
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1997-08-27
Also published as: RU95109249A

Abstract

FIELD: devices for remote convertion of resistance changes of relative pickups; may be used to characterize two data in bridge circuits with three-wire communication line. SUBSTANCE: converter comprises resistive temperature pickup, resistive pressure pickup, four uncontrolled keys (diodes compensation and balancing resistors, differential amplifier and two-polar commutated current source. EFFECT: increased operational reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам дистанционного преобразования изменений сопротивлений резистивных датчиков, в частности для преобразования давления и температуры. The invention relates to devices for the remote conversion of changes in the resistance of resistive sensors, in particular for converting pressure and temperature.

Известен преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий датчики в виде резистивных дифференциальных датчиков и резисторы, соединенные по мостовой схеме, использующие трехпроводную линию связи и подключенные к усилителю с отрицательной обратной связью [1]
Недостатком этого устройства является необходимость использования шестипроводной линии связи и магнитоэлектрических логометров с гальванически разделенными рамками, у которых градуировка шкал индивидуальна и неравномерна.A known converter of the weight of the drilling tool and the axial load on the bit, containing sensors in the form of resistive differential sensors and resistors connected by a bridge circuit using a three-wire communication line and connected to an amplifier with negative feedback [1]
The disadvantage of this device is the need to use a six-wire communication line and magnetoelectric logometers with galvanically separated frames, in which the graduation of the scales is individual and uneven.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2] содержащее резистивный датчик температуры, первый вывод которого соединен с общим проводом трехпроводной линии связи, первый и второй сигнальные провода которой через соответственно компенсационный и добавочный резисторы с первыми выводами последовательно соединенных первого и второго резисторов резистивного моста и соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами дифференциального усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а также логометр, источник напряжения, соединенный последовательно с одной из рамок логометра, другая рамка которого, соединенная последовательно с компенсационным резистором, образует цепь обратной связи дифференциального усилителя. Closest to the proposed device is [2] comprising a resistive temperature sensor, the first output of which is connected to a common wire of a three-wire communication line, the first and second signal wires of which are respectively compensated and additional resistors with the first outputs of the first and second resistors of the resistive bridge and respectively with inverting and non-inverting inputs of a differential amplifier included in the voltage follower circuit, as well as a logometer, source apryazheniya connected in series with one of the ratiometer frames, another frame is connected in series with a compensation resistor, forms a differential amplifier feedback circuit.

Недостатками этого устройства являются необходимость доработки серийно выпускаемых логометров, трудность анализа результатов измерений из-за индивидуальности и нелинейности шкал переделанных логометров, а также невозможность прямой операции преобразования данных для ЦВМ. The disadvantages of this device are the need to refine mass-produced logometers, the difficulty of analyzing measurement results due to the individuality and nonlinearity of the scales of the converted logometers, as well as the impossibility of a direct data conversion operation for a digital computer.

Изобретение решает задачу по расширению арсенала технических средств, позволяющих производить измерение нескольких (двух) параметров одновременно при передаче данных по одной трехпроводной линии связи при одновременном повышении точности. The invention solves the problem of expanding the arsenal of technical means that allow the measurement of several (two) parameters at the same time when transmitting data on one three-wire communication line while improving accuracy.

Сущность изобретения заключается в том, что в преобразователе давления и температуры, содержащем резистивный датчик температуры, первый вывод которого соединен с общим проводом трехпроводной линии связи, первый и второй сигнальные провода которой через соответственно компенсационный и добавочный резисторы соединены с первыми выводами последовательно соединенных первого и второго резисторов резистивного моста и соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального усилителя, что общий вывод резистивного дифференциального датчика давления соединен с общим проводом трехпроводной линии связи непосредственно, а первый и второй его выводы соединены через соответственно первый и второй неуправляемые ключи соответственно с первым и с вторым сигнальными проводами трехпроводной линии связи, которые через соответственно третий и четвертый неуправляемые ключи соединены соответственно с вторым выводом резистивного датчика температуры и с первым выводом уравновешивающего резистора, второй вывод которого соединен с общим проводом трехпроводной линии связи и с первым выводом двухполярного коммутируемого источника тока, второй вывод которого соединен с вторыми выводами первого и второго резистивного моста, выход дифференциального усилителя через последовательно соединенные первый и второй измерительные резисторы соединен с первым сигнальным проводом трехпроводной линии связи, при этом проводимости первого и второго неуправляемых ключей относительно соответственно первого и второго сигнальных проводов трехпроводной связи совпадают и противоположны соответствующим проводимостям третьего и четвертого неуправляемых ключей. The essence of the invention lies in the fact that in a pressure and temperature transducer containing a resistive temperature sensor, the first terminal of which is connected to a common wire of a three-wire communication line, the first and second signal wires of which are connected through the compensation and additional resistors to the first terminals of the first and second resistors of the resistive bridge and, accordingly, with the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier, which is the general output of the resistive diff a potential pressure sensor is connected directly to the common wire of the three-wire communication line, and its first and second conclusions are connected through the first and second uncontrollable keys, respectively, to the first and second signal wires of the three-wire communication line, which are connected through the third and fourth uncontrollable keys to the second, respectively the output of the resistive temperature sensor and the first output of the balancing resistor, the second output of which is connected to the common wire of the three-wire communication channel and with the first terminal of a bipolar switched current source, the second terminal of which is connected to the second terminals of the first and second resistive bridge, the output of the differential amplifier is connected through the series-connected first and second measuring resistors to the first signal wire of the three-wire communication line, while the conductivity of the first and second uncontrolled keys relative to the first and second signal wires of a three-wire connection, respectively, are the same and opposite to the corresponding wires ostyam third and fourth unmanaged switches.

На чертеже приведена электрическая схема преобразователя давления и температуры. The drawing shows an electrical diagram of a pressure and temperature transducer.

Преобразователь давления и температуры содержит дифференциальный усилитель 1, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистора 2 резистивного моста и через компенсационный резистор 3 с первым сигнальным проводом 4 трехпроводной линии связи. Выход дифференциального усилителя 1 через последовательно соединенные первый и второй измерительные резисторы 5 и 6 соединен также с первым сигнальным проводом 4 трехпроводной линии связи. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя 1 соединен через добавочный резистор 7 с вторым проводом 8 трехпроводной линии связи и через второй резистор 9 резистивного моста с вторыми выводами первого резистора 2 резистивного моста и источника 10 тока, первый вывод которого соединен с общим проводом 11 трехпроводной линии связи. Общий вывод резистивного дифференциального датчика 12 давления, плечи которого представляют собой резисторы 13 и 14, соединен с общим проводом 11 трехпроводной линии связи, с первым выводом резистивного датчика 15 температуры и со вторым выводом уравновешивающего резистора 16. Первый и второй выводы дифференциального резистивного датчика 12 давления через соответственно первый и второй неуправляемые ключи 17 и 18 соединены соответственно с первой и второй сигнальными проводами 4 и 8 трехпроводной линии связи. Второй вывод резистивного датчика 15 температуры и первый вывод уравновешивающего резистора 16 через соответственно третий и четвертый неуправляемые ключи 19 и 20 соединены соответственно с первым и вторым сигнальными проводами 4 и 8 трехпроводной линии связи. Проводимость первого и второго неуправляемых ключей 17 и 18 относительно первого и второго сигнальных проводов 4 и 8 трехпроводной линии связи совпадают между собой и противоположны соответствующим проводимостям третьего и четвертого неуправляемых ключей 19 и 20. The pressure and temperature Converter contains a differential amplifier 1, the inverting input of which is connected to the first output of the first resistor 2 of the resistive bridge and through the compensation resistor 3 with the first signal wire 4 of the three-wire communication line. The output of the differential amplifier 1 through series-connected first and second measuring resistors 5 and 6 is also connected to the first signal wire 4 of the three-wire communication line. The non-inverting input of the differential amplifier 1 is connected through an additional resistor 7 to the second wire 8 of the three-wire communication line and through the second resistor 9 of the resistive bridge with the second terminals of the first resistor 2 of the resistive bridge and the current source 10, the first terminal of which is connected to the common wire 11 of the three-wire communication line. The common output of the resistive differential pressure sensor 12, the shoulders of which are resistors 13 and 14, is connected to a common wire 11 of a three-wire communication line, with the first output of the resistive temperature sensor 15 and with the second output of the balancing resistor 16. The first and second conclusions of the differential resistive pressure sensor 12 through respectively the first and second uncontrollable keys 17 and 18 are connected respectively to the first and second signal wires 4 and 8 of a three-wire communication line. The second output of the resistive temperature sensor 15 and the first output of the balancing resistor 16 through respectively the third and fourth uncontrollable keys 19 and 20 are connected respectively to the first and second signal wires 4 and 8 of a three-wire communication line. The conductivity of the first and second uncontrolled keys 17 and 18 relative to the first and second signal wires 4 and 8 of a three-wire communication line coincide with each other and are opposite to the corresponding conductivities of the third and fourth uncontrolled keys 19 and 20.

В качестве неуправляемых ключей могут быть использованы диоды или, что предпочтительнее с точки зрения повышения точности, транзисторы в диодном включении. Источник 10 тока может представлять симметричный мультивибратор с собственным изолированным источником питания или иметь трансформаторный выход. При этом длительность сигналов на выходах источника 10 определяется необходимым временем для съема информации с резисторов 5 и 6. As unmanaged keys, diodes can be used or, more preferably from the point of view of increasing accuracy, transistors in diode switching. The current source 10 may be a symmetric multivibrator with its own isolated power source or have a transformer output. In this case, the duration of the signals at the outputs of the source 10 is determined by the necessary time for information retrieval from resistors 5 and 6.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При одной полярности выходного сигнала источника 10 открыты ключи 17 и 18 и закрыты ключи 19 и 20. Протекающий через резисторы 5 и 6 ток будет пропорционален разбалансу сопротивления резисторов 13 и 14 датчика 12. Резисторы 15 и 16 из-за закрытых ключей 19 и 20 оказываются отключенными от сигнальных проводов 4 и 8 и на работу устройства влияния не оказывают. With one polarity of the output signal of the source 10, the keys 17 and 18 are open and the keys 19 and 20 are closed. The current flowing through the resistors 5 and 6 will be proportional to the imbalance of the resistance of the resistors 13 and 14 of the sensor 12. The resistors 15 and 16 turn out to be the private keys 19 and 20 disconnected from the signal wires 4 and 8 and the device does not affect the operation of the device.

При изменении полярности на выходах источника 10 оказываются закрытыми ключи 18 и 17 и открытыми ключи 19 и 20. Протекающий в этом случае ток через резисторы 5 и 6 оказывается пропорциональным разбалансу сопротивлений резисторов 15 и 16, первый из которых является резистивным датчиком температуры. Резисторы 13 и 14 датчика 12 из-за закрытых ключей 17 и 18 на работу устройства влияния не оказывают. When the polarity changes at the outputs of the source 10, the keys 18 and 17 are closed and the keys 19 and 20 are open. The current flowing through the resistors 5 and 6 is proportional to the imbalance of the resistances of the resistors 15 and 16, the first of which is a resistive temperature sensor. Resistors 13 and 14 of the sensor 12 due to the private keys 17 and 18 do not affect the operation of the device.

Использование ключей 17-20 позволяет использовать и два однородных типа датчиков: например, использование двух датчиков давления позволяет или продублировать их работу ("горячее" резервирование), или установить датчики, имеющие различную чувствительность. Using keys 17-20 allows you to use two homogeneous types of sensors: for example, using two pressure sensors allows you to either duplicate their work ("hot" backup), or install sensors with different sensitivity.

Следует отметить, что усилитель 1 совместно с резисторами мостовой схемы представляет собой генератор тока, то есть, ток через резисторы 5 и 6 не зависит от величины этих резисторов, что позволяет независимо изменять масштаб каждого из двух измеряемых параметров. It should be noted that the amplifier 1 together with the bridge resistors is a current generator, that is, the current through the resistors 5 and 6 does not depend on the magnitude of these resistors, which allows you to independently change the scale of each of the two measured parameters.

Использование трехпроводной линии связи позволяет значительно уменьшить расход материала, например меди, и при прочих равных условиях увеличить точность измерения. The use of a three-wire communication line can significantly reduce the consumption of material, such as copper, and, all other things being equal, increase the measurement accuracy.

Claims

A pressure and temperature transducer comprising a resistive temperature sensor, the first output of which is connected to a common wire of a three-wire communication line, the first and second signal wires of which are connected through the compensation and additional resistors to the first outputs of the first and second resistors of the resistive bridge and inverting and respectively with non-inverting inputs of the differential amplifier, characterized in that the total output of the resistive differential sensor gives The connection is connected to the common wire of the three-wire communication line directly, and its first and second conclusions are connected through the first and second uncontrollable keys, respectively, to the first and second signal wires of the three-wire communication line, which are connected through the third and fourth uncontrollable keys, respectively, to the second output of the resistive sensor temperature and with the first terminal of the balancing resistor, the second terminal of which is connected to the common wire of the three-wire communication line and with the first terminal a bipolar switched current source, the second terminal of which is connected to the second terminals of the first and second resistor bridge resistors, the output of the differential amplifier through series-connected first and second measuring resistors, the voltage drop on which is proportional to the pressure and temperature being converted corresponding to the first signal wire of the three-wire communication line, while the conductivities of the first and second uncontrollable keys relative to the first and second, respectively, are signal x wires of a three-wire communication line coincide and are opposite to the corresponding conductivities of the third and fourth uncontrollable keys.